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PROGRAMACIÓN DE PLC's Y HMI

En Sistemas Digitales la programación de PLC's y elementos auxiliares tiene una significación especial ya que es la primera actividad que comenzamos a desarrollar y con la que nos sentimos especialmente identificados. Desarrollamos software para todas las marcas de PLC's y elementos auxiliares de mayor implantación en el mercado, en especial para:
In Sistemas Digitales PLC programming has a special meaning because it was the first activity we began to do and we like very identified with it. We develop software for all PLC brand in the market, specially to:
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OMRON

SIEMENS

ROCKWELL

SCHNEIDER

Nuestro método de trabajo se deriva de una premisa sencilla y es que cuando nosotros finalizamos un proyecto de programación de una línea de producción ó una máquina aislada, es el momento en que el ciclo de vida de la misma comienza y por tanto es necesario haber dotado a la instalación de un software de control que no solo implemente la funcionalidad requerida sino que permita ir adaptando la instalación a los nuevos requisitos de funcionamiento que sean necesarios durante todo su ciclo de vida. Esta adaptación será mas viable y efectiva en la medida que el software implementado haya sido desarrollado de forma eficiente.
Las etapas fundamentales de nuestro proceso de desarrollo de software para líneas de producción y máquinas son los siguientes:
ANÁLISIS FUNCIONAL Y DE SEGURIDAD.
  1. SEGURIDAD.[+]
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    No se debe integrar la seguridad en la instalación, sino que la seguridad debe presidir e integrar todos los elementos de la instalación.

    En el pasado se trataba de diseñar la instalación y su funcionamiento y tratar a posteriori de que fuera los 'mas segura posible'. Actualmente es fundamental que la seguridad sea el punto de inicio de un proyecto de automatización ya que condiciona todos y cada uno de las etapas del proyecto desde el primer momento.

    Las carencias derivadas de la ausencia de un análisis de seguridad desde las primeras fases del proyecto son difíciles de resolver por no decir imposible mediante la inclusión de nuevos elementos de seguridad y/o software creativo. La nueva normativa de seguridad esta mas adaptada al estado del arte actual donde los PLC's y otros equipos programables están prácticamente presentes en todas las instalaciones.
  2. DEFINIR FUNCIONALIDAD TOTAL.[+]
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    Total es como su nombre indica el 100% de la funcionalidad.

    Es frecuente que el desarrollo de software comience con una somera descripción de la funcionalidad de la máquina; Esta peligrosa circunstancia se ve amplificada por la falsa creencia de que el software es una herramienta intrínsecamente flexible que está expresamente concebida para suplir las ausencias de definición de los proyectos. Nada mas alejado de la realidad y mas peligroso; Nuestra experiencia es justo la contraria. Sabemos el esfuerzo que requiere analizar pero también conocemos los resultados obtenidos y mas aun los no obtenidos si no se hace.
  3. DEFINIR LOS MODOS DE MARCHA.[+]
    Una vez definido el funcionamiento en un contexto seguro es necesario definir los modos de marcha que permiten interactuar con la máquina para conseguir la funcionalidad necesaria, de forma segura para las personas. Si requiere esfuerzo definir a priori el 100% de la funcionalidad de una máquina, requiere mas esfuerzo si cabe diseñar los modos de marcha evaluando las implicaciones que van a tener en la operativa normal.

    Un modo de marcha representa una particular forma de funcionar la instalación que conlleva que los elementos de la instalación funcionen de una forma determinada. Es típico en las instalaciones implementar al menos un modo de marcha manual otro automático y otro en caso de emergencia. En instalaciones de cierta dimensión es necesario dividir el conjunto de la misma en grupos funcionales cada uno de los cuales tiene definidos sus propios modos de marcha.

    Se tiende a pensar en las secuencias automáticas de las máquinas como si éstas operaran de forma perpetua sin necesidad de ser iniciadas, paradas, interrumpidas bruscamente, etc. Por el contrario la experiencia demuestra que son precisamente los momentos de arranque, de parada, de cortes de tensión los que provocan mas problemas a la hora de poder continuar la producción.

    La sistematización de los modos de marcha pasa por realizar un diagrama donde se especifica:
    1. Los diferentes modos de marcha a implementar.
    2. Los pasos entre los diferentes modos de marcha.
    3. Las condiciones que detonan el paso entre los modos de marcha.
    4. Como se señaliza cada modo de marcha.

    1. Un ejemplo de diagrama de modo de marcha estándar es el siguiente:

    Modos Marcha (zoom)

  4. VERIFICAR ELEMENTOS DE CAMPO Y DE MANDO.[+]
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    Puede parecer a priori que este extremo no es parte del cometido del área de desarrollo de software de un proyecto pero nuevamente la experiencia se impone; Es imprescindible verificar que tanto la funcionalidad como los modos de marcha definidos en los puntos anteriores pueden ser implementados con los elementos de campo y de mando previstos.
IMPLEMENTACIÓN
  1. ESTRUCTURAR LA APLICACIÓN.[+]
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    La aplicación de software debe estar compartimentada en las suficientes áreas para garantizar:
    • Minimizar los errores de codificación.
    • Simplificar la puesta en marcha.
    • Simplificar el mantenimiento y las modificaciones posteriores a la puesta en marcha.
    • Permitir interactuar a todo el equipo de desarrollo y mantenimiento.

    Cada tipo de PLC permite realizar esta compartimentación de formas diferentes en función de sus características aunque en líneas generales todos los equipos actuales permiten estructurar sin ningún tipo de problemas los programas.
  2. MODOS DE MARCHA.[+]
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    Su implementación debe ser clara y concisa evitando listas interminables de condiciones; Utilizar marcas intermedias significativas que representen estados y/o situaciones relevantes de la instalación.
    A título de ejemplo:
    • Condiciones arranque automático: Como su nombre indica representa las condiciones necesarias para poder iniciar la marcha automática; A su vez esta condición dependerá de si la instalación necesita ser inicializada ó no.
    • Condiciones parada automático: Representa las condiciones necesarias para interrumpir el ciclo automático en curso.
  3. PROCESOS / SECUENCIAS.[+]
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    Una parte muy importante de la implementación de programas en PLC's esta relacionada con convertir la especificación funcional de la instalación en los suficientes procesos independientes y/o interrelacionados que implementan dicha funcionalidad en el PLC.
    La determinación de cuantos procesos independientes son necesarios y la estructura de los mismos es quizás la parte con mas enjundia de la programación; De su correcta planificación dependerán tanto que el resultado obtenido sea el adecuado, como lo que es mas importante que cuando en la operativa normal de trabajo aparecen incidencias, éstas puedan ser resueltas por el operador en el tiempo mas corto y con el menor desperdicio de materias primas posibles.
    Como variadas son las problemáticas y procesos que se controlan mediante PLC's, variados son a su vez los diferentes lenguajes de programación que permiten usar casi todos los PLC's. La elección de uno u otro como se expresa en el gráfico superior, dependerá de la naturaleza del proceso a controlar y de las variables utilizadas.
    Con independencia del punto anterior y desde una perspectiva práctica son quizás los procesos secuenciales los mas utilizados en la industria; Dicho de otro modo no hay ningún programador que no haya implementado en alguna ocasión un proceso secuencial ó coloquialmente una secuencia. Es precisamente por ello que existe una técnica de diseño de secuencias llamada Grafcet (grafo representado a la derecha) que simplifica el proceso de diseño, puesta en marcha y mantenimiento de procesos secuenciales.
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  4. ACTUADORES.[+]
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    Una vez implementados los modos de marcha y las diferentes secuencias le toca el turno a la elaboración de los actuadores; Ésta debe ser llevada a cabo teniendo en cuenta:
    • La naturaleza del actuador: electroválvula, motor, variador, etc.
    • Las características propias de cada elemento: no es lo mismo una electroválvula de 2 posiciones que de tres posiciones, biestable que monoestable, etc. Antes de programar el actuador en el programa del PLC es necesario analizar el actuador en su contexto y tener claro como funciona; Como ejemplo basta considerar que una electroválvula neumática puede ser utilizada de formas diferentes en diferentes circuitos.
    • Valorar especialmente el comportamiento del actuador en los cambios de modos de marcha. valorar especialmente el comportamiento cuando la instalación entra en emergencia y su alimentación es por lo general interrumpida.
    • Poder manipular la instalación en manual de forma adecuada es fundamental tanto para la realización de la puesta en marcha como del mantenimiento.
  5. HMI - MENSAJERÍA Y ALARMAS[+]
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    En nuestro concepto de automatización esta parte tiene una especial relevancia, ya que entendemos las instalaciones solo interactuando con los operadores. Los requisitos actuales en cuanto a plazos de entrega, calidad, costes, reglamentación, etc, han provocado que lo que antes era una opción a ofertar ahora sea una parte relevante de la automatización demandada.

    Es sorprendente la cantidad de tiempo productivo perdido debido a problemas en máquina que no son reportados por el sistema de control mas aun teniendo en cuenta que el antiguo binomio encargado-máquina esta siendo sustituido por el binomio operador eventual-máquina lo que hace mas necesario si cabe ahondar el en el desarrollo de la capacidad de las instalaciones para comunicarse.

    Las posibilidades de interfaces HMI son muy variadas desde la pantalla táctil de pequeña dimensiones a paneles de grandes dimensiones y ordenadores industriales, de terminales con S.O propietarios hasta pantallas con S.O. de mercado.

    A la hora de reportar mensajes y alarmas es fundamental diferenciar entre datos e información; Al operador no hay que darle un aluvión incesante de datos que la mayor parte de las veces no llega a conocer en su totalidad sino información que es justo lo contrario: los pocos datos exactos que necesita en cada momento para operar la máquina ó resolver un problema. Profundizando en esta cuestión consideramos importante filtrar los mensajes y/o alarmas que se muestran al operador; Como ejemplo si la instalación no esta rearmada para que mostrarle otros 10 mensajes de alarmas que solo empiezan a tener sentido tras el rearme. Sin duda cuesta mas programar estos comportamientos pero a la larga son muy rentables.
PUESTA EN MARCHA.
  1. VALIDACIÓN DE SEGURIDAD.[+]
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    Antes de comenzar ningún tipo de manipulación de la instalación para la puesta en marcha es fundamental comprobar el funcionamiento de los sistemas de seguridad.

    Téngase en cuenta que la puesta en marcha de una instalación es un momento muy delicado donde habitualmente conviven trabajando en la instalación varios equipos de personas de diferentes ámbitos: montaje mecánico, eléctrico, de fluidos, etc. En este sentido es muy recomendable:
    • Una reunión monográfica centrada en la seguridad de la puesta en marcha con todas las persona involucradas en la misma.
    • Disponer de un sistema de señalización y bloqueo de actuadores e interruptores cuando una persona esta trabajando en una zona con riesgos. Todas las personas implicadas en la puesta en marcha deben conocer el sistema para utilizarlo adecuadamente.
  2. CARGA PROGRAMAS Y CONFIGURACIÓN REDES[+]
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    Una vez verificados los sistemas de seguridad y siempre sin energía en todos los sistemas de accionamiento se procede a:
    • Configuración hardware de los equipos.
    • Configuración de redes de dispositivos y de propósito general.
    • Carga de de programas en los diferentes dispositivos.
  3. CHEQUEO HARDWARE[+]
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    Esta fase es quizás la fundamental dentro de la puesta en marcha. Llegado este punto se debe evitar que la impaciencia por hacer pruebas pueda provocar la evitación de esta fase ó el llevarla a cabo de forma superficial.

    La experiencia demuestra que:
    • Cada minuto no invertido en esta fase provocará una perdida de 10 en las sucesivas; Además de perdidas de tiempo se pueden generar riesgos innecesarios.
    • Los errores de cableado deben ser solucionados cambiando el cableado; Aunque parece que es mas rápido cambiar los direccionamientos de software hay que tener en cuenta que si se procede a cambiar el direccionamiento de software será necesario cambiar también los esquemas eléctricos, planos de disposición de elementos, etc.
  4. PRUEBAS EN VACIO-MANUAL[+]
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    Ya va llegando la recompensa, mover cosas en la instalación.

    Se debe verificar que:
    • Los sistemas de emergencia interrumpen los movimientos manuales de forma correcta y también que al reponerlos y restaurarse las energías no se producen movimientos inadecuados que puedan suponer un riesgo para la seguridad de las personas y/o la instalación.
    • Los accionamientos responden al mando manual, lo que implica de forma automática validar que todos los direccionamiento son correctos.
    • Los limites de recorrido y/o condiciones de seguridad de cada accionamiento funcionan correctamente y limitan ó interrumpen el accionamiento de forma correcta. Esta comprobación es fundamental para no provocar daños estructurales en la instalación.
    • Los enclavamientos de cada accionamiento con los del resto de la instalación funcionan correctamente; La observancia de esta verificación evitará que errores ó ausencias de especificación y/o interpretación provoquen daños en la instalación durante los primeros ciclos en marcha automática.
  5. PRUEBAS EN CARGA-AUTOMÁTICO[+]
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    Si todas las etapas anteriores se han realizado con rigor en esta última etapa la problemática debería estar básicamente centrada en:
    • Verificar que los modos de marcha directamente ligados al modo automático operaran de forma adecuada en cuanto a su arranque, parada e interrupción.
    • Verificar que las secuencias puramente del proceso automático satisfacen los requerimientos iniciales.
    • Realizar los retoques necesarios en las secuencias automáticas. Si el análisis inicial era adecuado y el conocimiento del proceso amplio, no debería haber cambios de fondo, aunque si de forma.
    • Verificar expresamente que con los medios previstos en la aplicación es posible situar la instalación en condiciones de reposo para iniciar la marcha automática de nuevo tras una interrupción no planificada del ciclo automático. Este procedimiento debe ser consistente y estar asistido en la medida de lo posible para guiar al operador.
    • Verificar que la información en los medios HMI es adecuada y coherente con las diferentes situaciones de la instalación.
    • Tras todos estos puntos se deberían verificar los requisitos de calidad.
    • Por último es el momento de verificar la productividad de la instalación, al menos en lo referente a tiempos de ciclo y ya con un funcionamiento continuo, depurar en la medida de lo posible el funcionamiento.
DOCUMENTACIÓN.
  1. MANUAL DE SEGURIDAD.[+]
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    Debe contener al menos:
    • Análisis de riesgos de la instalación que incluya al menos:
    • Descripción del riesgo.
    • Frecuencia del riesgo.
    • Gravedad del riesgo.
    • Medidas adoptadas frente al riesgo y su justificación.
    • Áreas de seguridad del conjunto de la instalación indicando para cada área:
    • Elementos de seguridad que contiene.
    • Cortes de seguridad de cada área.
    • Lógica de seguridad elementos/cortes.
    • Interrelación entre las áreas.
    • Gráfico de la instalación donde se refleje la información del punto anterior.
    • Instrucciones de funcionamiento de la instalación en cuanto a seguridad.
  2. MANUAL DE USUARIO[+]

    Debe contener al menos:
    • Instrucciones de funcionamiento en cuanto a seguridad.
    • Instrucciones de puesta en marcha de la instalación con al menos:
    • Procedimiento de puesta a cero de la instalación.
    • Procedimiento para operar la instalación en modo manual.
    • Procedimiento para operar la instalación en modo automático.
    • Procedimiento para operar la instalación en cualquier otro modo de marcha adicional implementado.
    • Alarmas y mensajes de la instalación con una explicación del problema y una orientación de la solución.
    • Parámetros de usuario de la aplicación con al menos: descripción, unidades y valor de fábrica.
    • Cualquier otro procedimiento operativo implementado en el automatismo de la instalación.
  3. MANUAL DE MANTENIMIENTO[+]

    Debe contener al menos:
    • Procedimientos de ajuste y configuración inherentes a todos los componentes de hardware de la instalación ó en su defecto manuales del fabricante del componente si las instrucciones están incluidas en el.
    • Procedimientos de ajuste y configuración no de los elementos individuales sino de los subsistemas que incluye la instalación.
    • Parámetros de setup de la instalación con al menos : descripción, unidades y valor de fábrica.
    • Cualquier procedimiento operativo de ajuste que sea necesario para devolver la instalación a las condiciones de funcionamiento del momento de su expedición ó finalización.